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[技術資料] 橡塑合金橡膠用作阻燃電纜護層的研制
橡塑合金橡膠用作阻燃電纜護層的研制.doc
P:2009-11-13 07:58:26
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橡塑合金橡膠用作阻燃電纜護層的研制
一、概述
橡塑合金即丁腈－聚氯乙烯復合物（簡稱NV橡膠），它是以丁腈橡膠為主摻入30～50％的聚氯乙烯樹脂共混而得，具有優(yōu)良的加工性能，耐大氣老化、耐臭氧、耐油、耐熱、耐磨耗、耐一定的化學腐蝕等性能。
1936年Konard就提出了NBR/PVC橡塑合金橡膠共混的基本理論.
1958年英國首先用膠乳共沉法生產(chǎn)出了商品NBR/PVC共混膠。
1962年起，NBR/PVC橡塑合金橡膠市場份額日益增長。
2000年賽可德橡膠集團采用化學接枝增容技術，使得NBR與PVC的化學相容性得到了極大地改善，研制出了新一代NBR/PVC橡塑合金橡膠——NV系列橡塑合金橡膠(見附錄）。
本文研制的橡塑合金阻燃護層就是賽可德橡膠集團NV系列橡塑合金橡膠中的一個牌號——NV5075。
附錄
NV系列橡塑合金橡膠的牌號及基本特性
牌號 NBR/PVC 比例 丙烯腈含量(%) 門尼粘度ML1+4 100℃ 應用范圍及特性
NV7218 70/30 19 60±5 耐低溫性能要求制品
NV5070 70/30 28 60±5 在較低的溫度下也具有很好的物理性能，耐油，耐溶劑性能好，耐磨，優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和臭氧性。
NV7022 70/30 28 70±5
NV5075 70/30 33 60±5 優(yōu)異的物理性能，耐油，耐溶劑性能好，耐磨，極佳的熱穩(wěn)定性和耐臭氧性，適用于電線電纜。
NV7411 70/30 33 55±5
NV7050 70/30 33 55±5 擠出制品專用，生產(chǎn)電線電纜汽車燃油管，制品表面光滑，工藝性能優(yōu)異。
NV3470 70/30 33 65±5
NV6420 60/40 33 75±5 有極好的耐油，耐溶劑及耐磨性能和抗臭氧性。
NV6450 50/50 33 85±5 紡織器材用
NV5040 60/40 33 95±5 高硬度，高耐油產(chǎn)品
NV3960 70/30 40 65±5 紡織器材專用
NV3975 50/50 40 75±5 紡織器材專用
NV3570 70/30 33 65±5 電線電纜專用
NV3530 30/70 33 70±5 擠出工藝優(yōu)異，耐熱性能佳
NA—1 85/15 33 65±5 耐高溫，耐油，耐磨型產(chǎn)品
NA—2 75/25 33 65±5 適宜汽車點火絲電纜及汽車燃油管
二、理化分析及基本性能
lNV5075橡膠是將丁腈膠乳與聚氯乙烯乳液按70：30的比例進行凝聚、洗滌、干燥而成，并在生產(chǎn)過程中加入了穩(wěn)定劑和防老劑。
l理化分析結(jié)果（表1）：
丙烯腈含量 ％ 33
門尼粘度ML1+4 100℃ 60±5
灰份 ％ ≤0.6
揮發(fā)份 ％ ≤0.5
硬度（邵氏） ≥75
l基本性能（表2）：
表2 NV5075橡膠基本性能：
配方號
項 目 （份） 1號 2號 3號 4號
NV5075橡膠 100 100 100 100
硫化劑DCP / / / 2.0
工業(yè)硫磺 1 1 1 1
促進劑TMTD 1.5 1.5 1.5 1.5
促進劑CZ 1.5 1.5 1.5 1.5
氧化鋅 5 5 5 5
硬脂酸 1 1 1 1
氯化石蠟 / 20 20 20
碳酸鈣 / 40 / /
N330炭黑 / / 40 40
含 膠 量 % 91 59 59 58
抗張強度 MPa 8.0 5.4 15.1 16.9
斷裂伸長率 % 320 320 300 290
抗撕裂強度 N/mm 3.9 3.1 5.0 4.0
三、配方的設計與研制
硫化體系的選擇與確定
表3 列出了五種硫化體系的硫化特性和橡皮的物理機械性能。
配方編號
項 目 1# 2# 3# 4# 5#
硫化特性
焦燒時間（Ts1） 分 3.30 6.06 3.22 2.14 2.47
半硫時間（T50） 分 7.35 9.16 4.48 3.45 5.47
正硫時間（T90） 分 17.24 17.01 11.34 14.09 16.14
最小轉(zhuǎn)矩（ML） N•m 0.58 0.58 0.44 0.51 0.61
最大轉(zhuǎn)矩（MH） N•m 2.91 1.87 3.05 3.52 2.96
物理機械性能 原始抗張強度 MPa 12.0 10.1 12.0 12.5 12.3
原始斷裂伸長率 % 370 420 250 290 390
抗撕裂強度 N/m 6.6 7.5 4.5 5.3 7.0
說明： 1# —DCP、硫磺硫化體系； 2# —DCP、TMTD硫化體系；
3# —DCP、TMTD、硫磺（低硫高促）硫化體系；
4# —DCP、DPTT硫化體系； 5# —DCP、VA－7硫化體系；
配方組份:NV5075 100，硫化劑 變品種、變量，促進劑 2~4，氧化鋅 5，硬脂酸 1.5，防老劑 3，軟化劑 35，超微細氫氧化鋁 80，炭黑 55。
從表3可以看出：
2# 硫化體系起硫慢，加工安全性好，斷裂伸長率高和抗撕裂性能較好,但硫化程度低，抗張強度小。
3#、4# 硫化體系的硫化速度快，抗張強度高，斷裂伸長率小，抗撕裂強度差。
1# 和5# 硫化體系的硫化速度適中，抗張強度高，斷裂伸長率大，抗撕裂強度好。
1# 和5# 硫化體系比較起來，1# 的成本稍低，5# 的性能稍好。
對于電線電纜來講，其絕緣或護套一般不采用以硫磺為主硫化劑的硫化體系，即使是護套，在硫化、貯存或使用過程中，硫磺也容易遷移到絕緣里面，致使銅導體發(fā)黑。因此，5# 最適合做橡塑合金（NV5075）橡膠的硫化體系。
硫化速度的快慢直接影響橡皮的抗撕裂性能，速度越快，抗撕裂性能越差；反之，抗撕裂性能越好。
l 阻燃劑和補強填充劑的選擇
由于NV5075橡膠的阻燃性比其它含氯橡膠稍差一些，且其組份丁腈橡膠屬非結(jié)晶性橡膠，在表2從可以看出，未經(jīng)補強的硫化橡皮的機械性能并不是很理想。因此要提高NV5075橡膠的阻燃性能和橡皮的強度，就必須添加一定量的阻燃劑和補強填充劑。
（1）阻燃劑的選用
阻燃劑即添加在聚合物中不易燃燒的物質(zhì)，它大體上分為有機阻燃劑和無機阻燃劑兩大類。
有機阻燃劑最常用的是含磷化合物和含鹵化合物。在一般阻燃配方中，應用最廣，用量最大的主要有氯化石蠟、磷酸三甲苯酯（TCP）、十溴二苯醚等。
無機阻燃劑中最典型的有三氧化二銻、氫氧化合物（氫氧化鋁、氫氧化鎂）硼酸鋅等。
在這些阻燃劑中，它們的作用和阻燃機理是各不相同的，但它們之間又具有一定的協(xié)同效應。因此根據(jù)這一特點，結(jié)合NV5075橡膠的阻燃性能，我們在配方設計時采用了無機阻燃劑和有機阻燃劑相結(jié)合的阻燃系統(tǒng)。
（2）補強填充劑的選擇
炭黑和白炭黑是NV5075橡膠最常用的補強劑，不同的炭黑品種對橡皮的物理機械性能有著不同的影響。
高耐磨炭黑（N326），工藝性能好，壓縮變形小，但生熱快。
快壓出爐黑（N550），補強性能中等，硫化膠的伸長率較高。
通用爐黑（N660），補強性能一般，膠料的工藝性能好，生熱慢，抗撕裂強度高，但伸長率較低。
色素炭黑（RCF30）補強性能好，抗撕強度高，但易延遲膠料的硫化速度。
沉淀白炭黑，混煉分散性較差，必須與偶聯(lián)劑配合使用補強效果才較明顯。
通過試驗我們選用了RCF30和N550兩種炭黑并用。
l 其它配合劑的選擇
（1）防老劑的選擇
NV5075橡膠與純丁腈橡膠的防老劑差不多，最常用的有4010NA、RD、MB等 ，而我們在配方設計中為了把橡皮的耐溫等級提高到85℃，采用了MB和NBC并用的防老體系。
（2）軟化劑的選擇
由于NV5075橡膠具有較強極性，分子間作用力大，加工時需加入一定量的軟化劑，同時考慮到橡皮的阻燃性能，我們選用了液體氯化石蠟、磷酸三甲苯酯（TCP）作為NV5075橡膠的軟化劑。
四、應用實例
NV5075橡膠通過密煉機混煉，膠料不粘輥，易于加工。在連續(xù)硫化機上擠出船用電纜CEFR/SA 3×50mm2產(chǎn)品的護層 ，溫度控制與天然丁苯膠一樣，膠料不易焦燒，產(chǎn)品表面光滑。經(jīng)測試產(chǎn)品通過了IEC332—3電線電纜成束燃燒試驗A類的要求。表4 列出了其護層的物理性能。
從表4可以看出，NV5075橡膠的耐油性能非常好，其耐熱等級可達到85℃。因此NV5075橡膠完全可以用做船用電纜，煤礦阻燃電纜，油礦電纜以及電機引出線等產(chǎn)品的護套，還可用做汽車輸油管等橡膠制品。但由于其耐酸堿化學腐蝕性較差，最好不要用于有強酸強堿腐蝕的場合。
表4 護層的物理性能
試 驗 項 目 單位 標準要求 實測值
1 老化前試樣
1.1 抗張強度 中間值 最小 MPa 10.0 11.5
1.2 斷裂伸長率 中間值 最小 % 300 380
2 空氣箱熱老化試驗（耐溫等級85℃）
2.1 老化條件 溫度 ℃ 100±2
時間 h 7×24
2.2 老化后抗張強度 變化率 最大 % ±30 +16.2
2.3 老化后斷裂伸長率 中間值 最小 % 250 270
變化率 最大 % ±40 ﹣28.9
3 熱延伸試驗
3.1 試驗條件 空氣溫度 ℃ 200±3
載荷時間 min 15
機械應力 N/㎝2 20
3.2 載荷下伸長率 最大% 175 30
3.3 冷卻后永久變形 最大% 25 15
4 浸油試驗
4.1 試驗條件 油液溫度 ℃ 100±2 121±2
浸油時間 h 24 24
4.2 浸油后抗張強度 變化率 最大% ﹣40 +13.2
4.3 浸油后斷裂伸長率 變化率 最大 % ﹣40 ﹣15.8
試 驗 項 目 單位 標準要求 實測值
5 抗撕試驗
抗撕裂強度 中間值 最小 N/mm 5.0 6.5
6 氧指數(shù) % － 41
7 耐96%濃硫酸試驗
7.1 試驗條件 環(huán)境溫度 ℃ － 25±2
時間 h － 24
7.2 試驗結(jié)果 － 嚴重膨脹至溶解
8 耐33%鹽酸試驗
8.1 試驗條件 環(huán)境溫度 ℃ － 25±2
時間 h － 7×24
8.2 試驗結(jié)果 抗張強度變化率 % － ﹣21.9
斷裂伸長率變化率 % － ﹣50
五、結(jié)束語
l 通過五種硫化體系的試驗，確定了硫化劑DCP和VA－7并用是NV5075橡膠最合適的硫化體系，再配以MB和NBC防護體系，可使NV5075橡皮的耐溫等級提高到85℃。
l 由于NV5075橡膠自身的阻燃性和強度并不是很理想，因此要提高橡皮的阻燃性和抗張強度必須加入大量的阻燃劑和補強劑。特別應注意在加入大量的無機阻燃劑后，容易使橡皮的物理性能變差，建議最好使用超細或經(jīng)活化處理過的產(chǎn)品，這樣既可以保證阻燃性能，又不會降低橡皮的物理性能。
l 由于NV5075橡膠具有很好的耐油性能和耐熱性能，完全可以替代氯丁橡膠，用于船用電纜，煤礦阻燃電纜，油礦電纜，通用橡套軟電纜（W型）以及電機引出線等產(chǎn)品的護套。
［billma 在 2009-11-13 8:26:22 編輯過］
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